JP4984654B2 - 水性塗料の塗膜形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、塗膜中の固形分を制御して高品質の塗膜を得ることができる水性塗料の塗膜形成装置に関するものである。

従来、中塗り塗料や上塗り塗料の塗装は、温度及び湿度を適正な範囲内に制御した塗装ブース内で行われている。塗装ブース内の温度や湿度が大きく変動すると、特に低温・多湿の条件下では水性塗料においては塗料のタレや塗膜の肌不良を生じてしまい、正常な塗膜を形成できなくなる。また、水性メタリック塗料の塗装においては、塗装ブース内の温度や湿度がメタリック顔料の配向にも影響を及ぼすため、塗装ブース内の温度・湿度管理は厳密に行う必要があった。

しかしながら、塗装ブース内では給排気を行いつつ温度及び湿度を制御するため、塗装ブース全体で空調に消費されるエネルギーは膨大なものとなり、一般に工業塗装ラインの中で最大であり、この消費エネルギーを削減することが重要な課題となっていた。

そこで、特許文献１に記載の発明においては、被塗装面に熱硬化性水系着色塗料を塗装し、その上にメタリック顔料を含む熱硬化性水系塗料を塗装し、更にその上から熱硬化性クリヤー塗料を塗装した後、加熱して３層の塗膜を同時に硬化させる塗膜形成方法において、１層目の塗装後に高速エアーブローを行い、２層目の塗装時に塗料噴射口の後方から塗装パターンの周囲に温度及び／又は湿度が制御された空気を噴射する塗膜形成方法を開発している。

また、特許文献２に記載の発明においては、被塗装面に水性塗料を塗装ガンによって塗装する方法において、水性塗料の塗装直前から塗装終了時まで被塗装面及び被塗装面に塗着する噴霧塗料粒子に対して熱線照射を行うことによって、塗着塗料の固形分を制御する水性塗料の塗装方法及び塗装装置を開発している。

これらの発明においては、形成される塗膜の品質を高く保ちつつ塗装ブース内の温度や湿度の許容範囲を広げることができ、塗装ブース全体で空調に消費されるエネルギーを大幅に削減することができるとしている。
特開２００２−１１３４１５号公報 特開２００３−２５１２５０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、塗装時に必要なエアー量は膨大であり、このエアーの温度及び／又は湿度を制御するためには大きなヒーターユニットが必要となる。また、特許文献２に記載の技術においては、熱線を照射する際に周囲の風速と塗装ガン自体の風の影響を受けるため、多大な熱線照射エネルギーが必要となる。このように、上記特許文献１及び特許文献２に記載の技術においては、塗装ブースにおける消費エネルギーを削減することができたとしても、それ以外に大きな消費エネルギーを必要とするという問題点があった。

そこで、本発明は、エネルギー消費量及び使用スペースを最小限にしながら塗膜中の固形分を制御して高品質の塗膜を得ることができる水性塗料の塗膜形成装置を提供することを課題とするものである。

請求項１の発明にかかる水性塗料の塗膜形成装置は、水性塗料をワークに塗布する工程と、該水性塗料が塗布されたワークを回転させながら赤外線を照射し、かつ、エアーを当て塗着塗料の固形分比率を高める工程とを具備するものである。
また、水性塗料をワークに塗布するための水性塗料塗布手段と、回転させる回転台と、前記回転台の上のワークにエアーを当てるエアーノズルと、前記回転台の上のワークに赤外線を照射する赤外線ヒーターとを具備するものである。
ここで、「水性塗料塗布手段」としては、塗装ガン、ディッピング塗装装置等がある。
ここで、「水性塗料」としては、アクリルエマルジョン系塗料、アクリルラッカー系塗料、イソシアネート系塗料、水性メタリック塗料、等がある。

請求項２の発明にかかる水性塗料の塗膜形成装置における前記水性塗料をワークに塗布する工程は、前記ワークを載直して回転させるベース塗装台の上に複数の前記ワークを支持固定する支持具が置かれ、前記支持具に複数の前記ワークが支持された状態で、ベース塗装台を回転させながらワークに塗布が行われ、そして、複数の前記ワークを支持したまま前記支持具を回転台の上に移動させるものである。

請求項３の発明にかかる水性塗料の塗膜形成装置における前記複数台の回転台は、チェーンにより連結され、一つの回転モータにより同一回転数で回転するものである。

請求項１の発明にかかる水性塗料の塗膜形成装置は、水性塗料をワークに塗布する工程と、水性塗料が塗布されたワークを回転させながらエアーを当て塗着塗料の固形分比率を高める工程とを具備する。ここで、「水性塗料」としては、アクリルエマルジョン系塗料、アクリルラッカー系塗料、イソシアネート系塗料、水性メタリック塗料、等がある。
上記特許文献１に記載の技術においては、熱と風量とを同時に満足した温度・湿度制御されたエアーを作り出すために、膨大なエネルギーが必要となっていた。しかし、本発明にかかる水性塗料の塗膜形成においては、ワークを回転させることによって風量を付加することができるため、エアーを加熱するための熱源は一般のドライヤー程度の小さい熱源で済ますことができ、消費エネルギーを最小限にすることができるとともに、塗装ブース内の温度・湿度が変動しても影響を受けることはない。
これによって、得られた塗膜は固形分率が極めて高いものとなり、その後にクリヤー塗料等を上塗りして加熱硬化（焼付け）した場合にも水性塗料の塗膜から揮発する水分量は極めて微量であるため、上塗り塗膜にワキ等の不良を発生させる恐れもない。また、従来のプレヒートゾーンが不要となり、塗装工程のためのスペースを大幅に節約することができる。
このようにして、エネルギー消費量及び使用スペースを最小限にしながら塗膜中の固形分を制御して高品質の塗膜を得ることができる。

本発明にかかる水性塗料の塗膜形成装置は、水性塗料をワークに塗布するための水性塗料塗布手段と、ワークを載置して回転させるための回転台と、回転台の上のワークにエアーを当てるエアーノズルと、回転台の上のワークに赤外線を照射する赤外線ヒーターとを具備する。ここで、「水性塗料塗布手段」としては、塗装ガン、ディッピング塗装装置、等がある。
本発明にかかる水性塗料の塗膜形成装置においては、塗装ガン等の水性塗料塗布手段によって水性塗料をワークに塗布した後に、回転台にワークを載置して回転させながら赤外線ヒーターによってワークに赤外線を照射して、水性塗料中の水分を揮発させる。ワークを回転させることによって風量を付加することができ、水性塗料中の水分を揮発させる熱源としてはエネルギー効率の高い赤外線ヒーターを用いているため、消費エネルギーを最小限にすることができるとともに、塗装ブース内の温度・湿度が変動しても影響を受けることはない。
これによって、得られた塗膜は固形分率が極めて高いものとなり、その後にクリヤー塗料等を上塗りして加熱硬化（焼付け）した場合にも水性塗料の塗膜から揮発する水分量は極めて微量であるため、上塗り塗膜にワキ等の不良を発生させる恐れもない。また、ワークに塗布された水性塗料を乾燥しながら塗膜中の固形分率を制御することができるため、従来のプレヒートゾーンが不要となり、塗膜形成装置のスペースを大幅に節約することができる。
このようにして、エネルギー消費量及び使用スペースを最小限にしながら塗膜中の固形分を制御して高品質の塗膜を得ることができる水性塗料の塗膜形成装置となる。

ここで、本発明にかかる水性塗料の塗膜形成装置の代わりに、水性塗料をワークに塗布するための水性塗料塗布手段と、ワークを載置して回転させるための回転台と、回転台の上のワークに温度・湿度調節されたエアーを当てるエアーノズルとを具備する水性塗料の塗膜形成装置を用いることもできる。かかる水性塗料の塗膜形成装置においては、塗装ガン等の水性塗料塗布手段によって水性塗料をワークに塗布した後に、回転台にワークを載置して回転させながら、エアーノズルによって回転台の上のワークに温度・湿度調節されたエアーを当てることによって、ワークを回転させることによって風量を付加することができるため、エアーを加熱するための熱源は一般のドライヤー程度の小さい熱源で済ますことができ、消費エネルギーを最小限にすることができるとともに、塗装ブース内の温度・湿度が変動しても影響を受けることはない。
これによって、得られた塗膜は固形分率が極めて高いものとなり、その後にクリヤー塗料等を上塗りして加熱硬化（焼付け）した場合にも水性塗料の塗膜から揮発する水分量は極めて微量であるため、上塗り塗膜にワキ等の不良を発生させる恐れもない。また、従来のプレヒートゾーンが不要となり、塗膜形成装置のスペースを大幅に節約することができる。
このようにして、エネルギー消費量及び使用スペースを最小限にしながら塗膜中の固形分を制御して高品質の塗膜を得ることができる水性塗料の塗膜形成装置となる。

また、本発明にかかる水性塗料の塗膜形成装置において、エアーノズルは、回転台の上のワークに風速０．０１ｍ／ｓ〜０．１ｍ／ｓの範囲内のエアーを当てるものであることがより好ましい。本発明にかかる水性塗料の塗膜形成装置においては、ワークを回転させることによって風量を付加することができ、水性塗料中の水分を揮発させる熱源としてエネルギー効率の高い赤外線ヒーターを用いることによって、消費エネルギーを最小限にすることができる。しかし、余り風速の大きいエアーを吹き付けると、塗料ミストがエアーで飛ばされてワークに付着するブツ不良が出る恐れがある。そこで、塗料ミストが飛ばされる恐れのない風速０．１ｍ／ｓ以下のエアーを当てることによって、ブツ不良を出すことなく水分の揮発効率をより向上させることができる。このようにして、エネルギー消費量及び使用スペースを最小限にしながら塗膜中の固形分を制御して高品質の塗膜を得ることができる水性塗料の塗膜形成装置となる。

また、本発明にかかる水性塗料の塗膜形成装置において、水性塗料塗布手段によって水性塗料をワークに塗布する際にもワークを載置して回転させるための回転台を用いることもできる。これによって、比較的小さいワークを一度に複数個セットして塗装する場合や、表裏両面に塗装しなければならないワークの場合には、回転させながら塗装することができるため、塗装効率が向上するという作用効果が得られる。このようにして、エネルギー消費量及び使用スペースを最小限にしながら塗膜中の固形分を制御して高品質の塗膜を得ることができるとともに、塗装効率を向上させることができる水性塗料の塗膜形成装置となる。

更に、本発明にかかる水性塗料の塗膜形成装置においては、ワークの回転速度が１ｒｐｍ〜２００ｒｐｍの範囲内、更には１０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍの範囲内であることがより好ましい。本発明者は、本発明にかかる水性塗料の塗膜形成装置において、より適切なワークの回転速度を決定するために鋭意実験研究を重ねた結果、ワークの回転速度が１ｒｐｍ〜２００ｒｐｍの範囲内、より好ましくは１０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍの範囲内である場合に、高品質の塗膜がより確実に得られることを見出したものである。このようにして、エネルギー消費量及び使用スペースを最小限にしながら塗膜中の固形分を制御して高品質の塗膜をより確実に得ることができる水性塗料の塗膜形成装置となる。

請求項２の発明にかかる水性塗料の塗膜形成装置における前記水性塗料をワークに塗布する工程は、回転させるベース塗装台の上に複数の前記ワークを支持固定する支持具が載置され、前記支持具に複数の前記ワークが支持された状態で、ベース塗装台を回転させながらワークに塗布が行われ、複数の前記ワークを支持したまま前記支持具を回転台の上に移動させるものである。
したがって、請求項１に記載の効果に加えて、塗装効率を上げることができる。

請求項３の発明にかかる水性塗料の塗膜形成装置における前記複数台の回転台は、チェーンにより連結され、一つの回転モータにより同一回転数で回転するものである。
したがって、請求項１または請求項２に記載の効果に加えて、水性塗料塗布手段によって水性塗料をワークに塗布する際にもワークを載置して回転させるための回転台を用いることもできる。これによって、比較的小さいワークを一度に複数個セットして塗装する場合や、表裏両面に塗装しなければならないワークの場合には、回転させながら塗装することができるため、塗装効率が向上するという作用効果が得られる。このようにして、エネルギー消費量及び使用スペースを最小限にしながら塗膜中の固形分を制御して高品質の塗膜を得ることができるとともに、塗装効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態にかかる水性塗料の塗膜形成装置について、図面を参照しつつ説明する。
実施の形態１
まず、本発明の実施の形態１にかかる水性塗料の塗膜形成装置における水性塗料の塗膜形成方法について、図１乃至図３を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態１にかかる水性塗料の塗膜形成装置の構成における水性塗料の塗膜形成方法の手順を示すブロック図である。図２は本発明の実施の形態１にかかる水性塗料の塗膜形成装置における回転台にセットされたワークを示す斜視図である。図３は本発明の実施の形態１にかかる水性塗料の塗膜形成装置によって得られた塗膜の密着性試験の方法を示す説明図である。

図１に示されるように、本実施の形態１にかかる水性塗料の塗膜形成装置１は、塗装ブース２とクリヤー塗布後セッティングゾーン３と焼付けゾーン２２とを有しており、脱脂・除電処理された被塗装物（ワーク）が塗装ブース２に投入される。そして、まずベース塗装台２０の上にワークが載置されてベース塗装が実施される。水性塗料であるベース塗料が、塗料タンク１８Ａからポンプ１７Ａによって圧送されて、塗装ロボット１５の塗装ガン１６によってベース塗料がベース塗装台２０上のワークに塗布される。

ベース塗装完了後、塗面のレベリングのためと水分を揮発させるために、（セッティング＋プレヒート）ゾーンにおいて、セッティング及びプレヒートが同時に行われる。
セッティングにおいては、ワークを回転台６Ａ，６Ｂ，６Ｃの上にセットして、回転モータ４によってスプロケット５を回転させ、スプロケット５の回転をチェーン７で回転台６Ｂに一体に取付けられたスプロケットに伝達して、更に別のチェーン７で回転台６Ａ，６Ｃに一体に取付けられたスプロケットに伝達することによって、回転台６Ａ，６Ｂ，６Ｃが同じ回転数で回転する。
回転台６Ａ，６Ｂ，６Ｃの回転数は、回転コントローラ４ａで回転モータ４の回転数を制御することによって自由に設定することができる。回転台６Ａ，６Ｂ，６Ｃの回転数は、１ｒｐｍ〜２００ｒｐｍの範囲内にすることが好ましく、更に１０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍの範囲内にするとより好ましい結果が得られる。このように回転している回転台６Ａ，６Ｂ，６Ｃ上のワークに対して、エアーノズル８Ａ，８Ｂ，８Ｃによってエアーブローを行う。

図１に示されるように、エアーノズル８Ａ，８Ｂ，８Ｃから噴射されるエアーは、エアーコンプレッサーで圧縮された一次エアー（圧縮エアー）をドライヤー１２で乾燥して水分を除去し、エアーフィルター１１で油分・粉塵を除去して清浄化し、ヒーター９で加熱して供給される。供給されるエアーの温度は、エアー温調器１０でヒーター９による加熱を制御することによって、所定の温度範囲に保たれる。
エアーノズル８Ａ，８Ｂ，８Ｃから噴射されるエアーの温度は、２０℃〜１００℃の範囲内であることが好ましく、更に４０℃〜８０℃の範囲内であることがより好ましい。また、噴射されるエアーの湿度は、０Ｒｈ％〜３０Ｒｈ％の範囲内であることが好ましく、更に０Ｒｈ％〜２０Ｒｈ％の範囲内であることがより好ましい。一次エアーをドライヤー１２で乾燥することによって、噴射されるエアーの湿度は０Ｒｈ％〜２０Ｒｈ％の範囲内に保たれ、噴射されるエアーの温度はエアー温調器１０でヒーター９による加熱を制御することによって、４０℃〜８０℃の範囲内に保たれる。
なお、本実施の形態１においては、図１に示されるように、回転台６Ａ，６Ｂ，６Ｃ上のワークに対してエアーノズル８Ａ，８Ｂ，８Ｃを１個ずつ設けているが、ワークの形状によっては、全面にエアーを均等に当てるために、ワーク１個に対してエアーノズルを複数個ずつ設けても良いし、レシプロ等を使用してエアーノズル８Ａ，８Ｂ，８Ｃを動かす方式としても良い。

このようにワークを回転台６Ａ，６Ｂ，６Ｃの上にセットして回転させることによって、ワークに当たる風量を増加してベース塗料の乾燥が促進されるとともに、回転による遠心力が掛かることによって、より効率的にベース塗料中の水分が除去されて、塗膜中の固形分比率を向上させることができる。

そして、同時に湿度温度制御されたエアーによって、回転台６Ａ，６Ｂ，６Ｃ上のワークに対して、エアーノズル８Ａ，８Ｂ，８Ｃによってエアーブローを行うことによって、ワークが加熱されて塗布されたベース塗料の乾燥が更に促進されて、塗膜中の固形分比率を所定比率以上に向上させることができる。

本実施の形態１にかかる水性塗料の塗膜形成装置１におけるワークの具体例について、図２を参照して説明する。ここでは、図２に示されるように、ワークＷの具体例として、自動車のドアのドアハンドル（ドアアウトサイドハンドル）を水性塗料で塗装する場合を示している。回転台６Ａの上に、支持具６Ａａによって、ベース塗料が塗布された５個のドアハンドルＷが、縦方向に上端と下端において支持固定されている。

ここで、回転台６Ａが回転モータ４によって所定の回転数（５０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍ）で回転して、支持具６Ａａによって回転台６Ａ上に支持された５個のドアハンドルＷに対して、エアーノズル８Ａから湿度２０Ｒｈ％以下、温度４０℃〜８０℃に湿度温度制御されたエアーが吹き付けられる。

なお、図２に示される例においては、ベース塗装台２０の上に支持具６Ａａによって５個のドアハンドルＷが支持された状態で、ベース塗装台２０をも１００ｒｐｍで回転させながら、塗装ロボット１５の塗装ガン１６Ａによってベース塗料の塗布が実施され、５個のドアハンドルＷが支持された状態のままで支持具６Ａａが回転台６Ａ上に移動させられて、エアーノズル８Ａによるエアーブローが実施される。

従って、図２に示される例は、本発明における「水性塗料をワークに塗布する工程においてもワークを回転させながら行うことを特徴とする水性塗料の塗膜形成方法」、及び「水性塗料塗布手段によって水性塗料をワークに塗布する際にもワークを載置して回転させるための回転台を用いることを特徴とする水性塗料の塗膜形成装置」に相当する。

これによって、比較的小さいワークであるドアハンドルＷを一度に複数個セットして塗装する場合、及び表裏両面に塗装しなければならないワークであるドアハンドルＷの場合には、塗装効率が向上するという作用効果が得られる。

本実施の形態１にかかる水性塗料の塗膜形成装置１におけるベース塗料の乾燥の試験結果について、具体的に説明する。本実施の形態１においては、ワーク回転数・エアー温度・エアー湿度・エアー風速等を変化させて、実施例１〜実施例４の４種類の条件において試験を行った。また、比較のために、ワークを回転させずエアーブローも行わない比較例１、ワークを回転させずエアーブローのみを行う比較例２、エアーブローを行わずワークの回転のみを行う比較例３についても試験を行った。

そしてその後、図１に示されるように、ワークをクリヤー塗装台２１に移動させて、塗料タンク１８Ｂからポンプ１７Ｂによって圧送されるクリヤー塗料を、塗装ロボット１５の塗装ガン１６から吹き付けて、ベース塗装の上にクリヤー塗装を行い、クリヤー塗布後セッティングゾーン３において塗面のレベリングを行った後に、焼付けゾーン２２においてワークに付着した塗料を熱硬化させるため、規定の焼付け温度と焼付け時間において焼付けを行った。実施例１〜実施例４及び比較例１〜比較例３の試験条件について、表１の上段に示す。

表１に示されるように、実施例１と実施例２とは、ワーク回転数及び回転時間が（従ってエアーブロー時間も）異なり、他の条件は同一である。また、実施例２と実施例３とは、エアー温度・エアー湿度・エアー風速が異なり、他の条件は同一である。更に、実施例３と実施例４とは、ブース内湿度が異なるのみで他の条件は同一である。しかし、実施例１〜実施例４のいずれにおいても、エアー温度は４０℃〜８０℃の範囲内であり、エアー湿度は０Ｒｈ％〜２０Ｒｈ％の範囲内であり、ワーク回転数は１０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍの範囲内である。

これに対して、比較例１〜比較例３においては、ブース内温度は２５℃、ブース内湿度は７０Ｒｈ％で実施例１〜実施例３と同一であり、比較例２におけるエアー温度・エアー湿度・エアー風速及びエアーブロー時間は実施例１と同一であり、比較例３におけるワーク回転数及び回転時間は実施例１と同一である。

かかる試験条件における塗装試験の結果について、表１の下段に示す。表１に示されるように、（セッティング＋プレヒート）ゾーン通過後のベース塗膜中の塗着固形分は、実施例１が９５％、実施例２が９０％、実施例３が同じく９０％、実施例４が９２％と、いずれも極めて高い値を示している。これに対して、比較例１は４５％、比較例２は６５％、比較例３は５５％といずれも低い値に留まっており、ベース塗膜中の残留水分量が多いことが分かる。

また、焼付けゾーン２２における焼付け実施後の塗装後外観については、実施例１〜実施例４についてはいずれもワキの発生が全くなく良好であるのに対して、比較例１〜比較例３においてはいずれもワキが発生しており、塗装後外観が損なわれている。

更に、塗膜の密着性については、板状の試験片Ｓを用いて、次のようにして試験を行った。図３（ａ）に示されるように、焼付け実施後の試験片Ｓの塗膜ＳＰをカッターガイドを用いてカッターナイフＣＮで切り込みを入れて、図３（ｂ）に示されるように、２ｍｍ角の碁盤目（１００マス）Ｇを作成する。その後、図３（ｂ）に示されるように、碁盤目Ｇの上に空気をできる限り抜いて接着テープＴＰを貼り付け、塗膜ＳＰと接着テープＴＰの成す角度が４５度になるようにして勢い良く引き剥がし、碁盤目（１００マス）Ｇのうち幾つのマス目が剥がれたかを確認する。

そして、１００マスのうち１つでも剥がれた場合は不合格とし、１つも剥がれなかった場合のみを合格とする。本実施の形態１においては、塗膜の耐水性試験をも兼ねるため、試験片Ｓを恒温槽中の４０℃±１℃のイオン交換水に２４０時間浸漬した後に塗面ＳＰの外観にしわ・膨れ等がないかチェックし、恒温槽から試験片Ｓを取り出した後に１０分以内に上記の密着性試験を行った。

その結果、表１に示されるように、実施例１〜実施例４についてはいずれも碁盤目（１００マス）Ｇが１つも剥がれず、耐水性試験及び密着性試験ともに合格であった。これに対して、比較例１〜比較例３においてはイオン交換水に２４０時間浸漬した後に塗面の外観にしわ・膨れ等は発生しなかったが、その後の密着性試験において、いずれも１００マスのうち１０マス前後が剥がれて、密着性試験は不合格であった。

以上の結果に示されるように、実施例１〜実施例４にかかる水性塗料の塗膜形成方法においては、表１に示されるように（セッティング＋プレヒート）ゾーン通過後のベース塗膜中の塗着固形分率が極めて高く、優れた密着性を有するとともに、残留水分が極めて微量であるため、焼付けゾーン２２における焼付け時にも上層のクリヤー塗膜に悪影響を与えることはない。

これに対して、比較例１〜比較例３においては、表１に示されるように（セッティング＋プレヒート）ゾーン通過後のベース塗膜中の塗着固形分率が低く、残留水分が多いため、焼付け時に多量の水蒸気が発生して、上層のクリヤー塗膜にワキが生ずるとともに、密着性にも劣るものとなる。

このように、本実施の形態１にかかる水性塗料の塗膜形成装置１においては、ワークを回転させることによって風量を付加することができるため、エアーを加熱するための熱源は一般のドライヤー１２で済ますことができ、消費エネルギーを最小限にすることができるとともに、塗装ブース２内の温度・湿度が変動しても影響を受けることはない。

そして、得られた塗膜は固形分率が極めて高いものとなり、その後にクリヤー塗料を上塗りして加熱硬化（焼付け）しても水性塗料の塗膜から揮発する水分量は極めて微量であるため、上塗り塗膜にワキ等の不良を発生させる恐れもない。また、ワークに塗布された水性塗料を乾燥しながら塗膜中の固形分率を制御することができるため、図１に示されるように、従来のプレヒートゾーンが不要となり、塗装工程のためのスペースを大幅に節約することができる。

このようにして、本実施の形態１にかかる水性塗料の塗膜形成装置１においては、エネルギー消費量及び使用スペースを最小限にしながら塗膜中の固形分を制御して高品質の塗膜を得ることができる。

実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２にかかる水性塗料の塗膜形成装置における水性塗料の塗膜形成方法について、図４を参照して説明する。
図４は本発明の実施の形態２にかかる水性塗料の塗膜形成装置の構成における水性塗料の塗膜形成方法の手順を示すブロック図である。

図４に示されるように、本実施の形態２にかかる水性塗料の塗膜形成装置２５は、塗装ブース２とクリヤー塗布後セッティングゾーン３と焼付けゾーン２２とを有しており、脱脂・除電処理された被塗装物（ワーク）が塗装ブース２に投入される。そして、まずベース塗装台２０の上にワークが載置されてベース塗装が実施される。水性塗料であるベース塗料が、塗料タンク１８Ａからポンプ１７Ａによって圧送されて、塗装ロボット１５の塗装ガン１６によってベース塗料がベース塗装台２０上のワークに塗布される。

ベース塗装完了後、塗面のレベリングのためと水分を揮発させるために、（セッティング＋プレヒート）ゾーンにおいて、セッティング及びプレヒートが同時に行われる。
セッティングにおいては、ワークを回転台６Ａ，６Ｂ，６Ｃの上にセットして、回転モータ４によってスプロケット５を回転させ、スプロケット５の回転をチェーン７で回転台６Ｂに一体に取付けられたスプロケットに伝達して、更に別のチェーン７で回転台６Ａ，６Ｃに一体に取付けられたスプロケットに伝達することによって、回転台６Ａ，６Ｂ，６Ｃが同じ回転数で回転する。

回転台６Ａ，６Ｂ，６Ｃの回転数は、回転コントローラ４ａで回転モータ４の回転数を制御することによって自由に設定することができる。回転台６Ａ，６Ｂ，６Ｃの回転数は、１ｒｐｍ〜２００ｒｐｍの範囲内にすることが好ましく、更に１０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍの範囲内にするとより好ましい結果が得られる。このように回転している回転台６Ａ，６Ｂ，６Ｃ上のワークに対して、赤外線ヒーター２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃによって赤外線の照射を行う。

ここで、赤外線ヒーター２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃとしては、照射される赤外線のピーク波長が２．６μｍの中波長赤外線ヒーターを使用しても良いし、照射される赤外線のピーク波長が４．０μｍの遠赤外線ヒーターを使用しても良い。本実施の形態２にかかる水性塗料の塗膜形成装置２５においては、エネルギー密度が高く塗膜内部からの加熱が可能でプレヒート時間を短縮することができる中波長赤外線ヒーター２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを用いている。

更に、図４に示されるように、本実施の形態２にかかる水性塗料の塗膜形成装置２５においては、赤外線ヒーター２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃに隣接して、小型のエアーノズル２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃを設けている。これらのエアーノズル２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃに供給されるエアーは、エアーコンプレッサーで圧縮された一次エアー（圧縮エアー）をドライヤー１２で乾燥して水分を除去し、エアーフィルター１１で油分・粉塵を除去して清浄化したものであり、塗装ロボット１５の塗装ガン１６による塗装の際にも使用される。

以上説明したように、ワークを回転台６Ａ，６Ｂ，６Ｃの上にセットして回転させることによって、ワークに当たる風量を増加してベース塗料の乾燥が促進されるとともに、回転による遠心力が掛かることによって、より効率的にベース塗料中の水分が除去されて、塗膜中の固形分比率を向上させることができる。そして、同時に中波長赤外線ヒーター２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃによって、回転台６Ａ，６Ｂ，６Ｃ上のワークに対して、ピーク波長が２．６μｍの中波長赤外線が照射されることによって、ワークが加熱されて塗布されたベース塗料の乾燥が更に促進されて、塗膜中の固形分比率を所定比率以上に向上させることができる。

本実施の形態２にかかる水性塗料の塗膜形成装置２５におけるベース塗料の乾燥の試験結果について、具体的に説明する。本実施の形態２においては、ワーク回転数・エアーの吹き付けの有無・赤外線ピーク波長等を変化させて、実施例５〜実施例７の３種類の条件において試験を行った。また、比較のために、上記実施の形態１における比較例１〜比較例３の３種類の条件、及び赤外線を照射せずにワークを回転させて風速０．１ｍ／ｓを超えるエアーブローを行う比較例４（実施例３）と比較例５、ワークを回転させずエアーブローも行わずに赤外線照射のみを行う比較例６についても試験を行った。

そしてその後、図４に示されるように、ワークをクリヤー塗装台２１に移動させて、塗料タンク１８Ｂからポンプ１７Ｂによって圧送されるクリヤー塗料を、塗装ロボット１５の塗装ガン１６から吹き付けて、ベース塗装の上にクリヤー塗装を行い、クリヤー塗布後セッティングゾーン３において塗面のレベリングを行った後に、焼付けゾーン２２においてワークに付着した塗料を熱硬化させるため、規定の焼付け温度と焼付け時間において焼付けを行った。実施例５〜実施例７及び比較例１〜比較例６の試験条件について、表２の上段に示す。

表２に示されるように、実施例５と実施例６とは、ワーク回転数及び赤外線のピーク波長が異なり、エアー風速を含めて他の条件は同一である。また、実施例６と実施例７とは、エアーの吹き付けの有無のみが異なり、他の条件は同一である。そして、実施例５〜実施例７及び比較例１〜比較例６を通じて、ブース内温度は２５℃、ブース内湿度は７０Ｒｈ％で同一である。

かかる試験条件における塗装試験の結果について、表２の下段に示す。表２に示されるように、（セッティング＋プレヒート）ゾーン通過後のベース塗膜中の塗着固形分は、実施例５が９３％、実施例６が９４％、実施例７が９１％と、いずれも極めて高い値を示している。これに対して、比較例１は４５％、比較例２は６５％、比較例３は５５％といずれも低い値に留まっており、ベース塗膜中の残留水分量が多いことが分かる。
しかしながら、ワーク回転及びエアーブローまたは赤外線照射を行ったものについては、比較例４が９０％、比較例５が９２％、比較例６が９２％と、いずれも極めて高い値を示している。

また、焼付けゾーン２２における焼付け実施後の塗装後外観については、実施例５〜実施例７についてはいずれもワキの発生が全くなく良好であるのに対して、比較例１〜比較例３及び比較例６においてはいずれもワキが発生しており、塗装後外観が損なわれている。これに対して、比較例４及び比較例５については、いずれもワキの発生が全くなく良好である。

更に、塗膜の密着性については、図３に示されるように板状の試験片Ｓを用いて、実施の形態１と同様にして試験を行った。そして、１００マスのうち１つでも剥がれた場合は不合格とし、１つも剥がれなかった場合のみを合格とする。本実施の形態２においても、塗膜の耐水性試験をも兼ねるため、試験片Ｓを恒温槽中の４０℃±１℃のイオン交換水に２４０時間浸漬した後に塗面ＳＰの外観にしわ・膨れ等がないかチェックし、恒温槽から試験片Ｓを取り出した後に１０分以内に上記の密着性試験を行った。

その結果、表２に示されるように、実施例５〜実施例７についてはいずれも碁盤目（１００マス）Ｇが１つも剥がれず、耐水性試験及び密着性試験ともに合格であったのに対して、比較例１〜比較例３及び比較例６においてはイオン交換水に２４０時間浸漬した後に塗面の外観にしわ・膨れ等は発生しなかったが、その後の密着性試験において、いずれも１００マスのうち１０マス前後が剥がれて、密着性試験は不合格であった。これに対して、比較例４及び比較例５については、いずれも碁盤目Ｇが１つも剥がれず、耐水性試験及び密着性試験ともに合格であった。

更に、本実施の形態２においては、塗装不良率及び塗着効率についても、評価を行った。即ち、エアーブローの風速が０．１ｍ／ｓを超えると、塗料ミストがエアーで飛ばされてワークに付着するブツ不良が出る恐れが増大する。表２に示されるように、実施例５〜実施例７については、いずれもブツ不良による塗装不良率は０．１％〜０．２％と極めて低いものであったが、比較例４についてはブツ不良による塗装不良率が３．５％、比較例５についてはブツ不良による塗装不良率が６．０％、といずれも高くなっている。

同様に、塗着効率についても実施例５〜実施例７については、いずれも２８％〜２９％と高い結果が出たのに対して、比較例４及び比較例５については、いずれも２２％と低い数値であった。このように、本実施の形態２にかかる実施例５〜実施例７の水性塗料の塗膜形成方法においては、塗装後外観及び塗装後密着性については、比較例４及び比較例５と同等の良好な結果が得られ、更に塗装不良率及び塗着効率については、比較例４及び比較例５と比べてもより優れた結果が得られた。

このように、本実施の形態２にかかる水性塗料の塗膜形成装置２５における水性塗料の塗膜形成方法においては、ワークを回転させることによって風量を付加することができるため、ワークを加熱するための熱源としてエネルギー効率に優れた赤外線ヒーターを用いることができ、消費エネルギーを最小限にすることができるとともに、塗装ブース２内の温度・湿度が変動しても影響を受けることはない。

そして、得られた塗膜は固形分率が極めて高いものとなり、その後にクリヤー塗料を上塗りして加熱硬化（焼付け）しても水性塗料の塗膜から揮発する水分量は極めて微量であるため、上塗り塗膜にワキ等の不良を発生させる恐れもない。また、ワークに塗布された水性塗料を乾燥しながら塗膜中の固形分率を制御することができるため、図４に示されるように、従来のプレヒートゾーンが不要となり、塗装工程のためのスペースを大幅に節約することができる。

このようにして、本実施の形態２にかかる水性塗料の塗膜形成装置２５における水性塗料の塗膜形成方法においては、エネルギー消費量及び使用スペースを最小限にしながら塗膜中の固形分を制御して高品質の塗膜を得ることができる。

なお、上記各実施の形態においては、クリヤー塗料として水性でない塗料を用いているため、水性塗料であるベース塗料のみについて、塗装ブース２内に（セッティング＋プレヒート）ゾーンを設けているが、クリヤー塗料としても水性塗料を用いる場合には、塗装ブース２内にクリヤー塗料用の回転台及びエアーノズルを有する（セッティング＋プレヒート）ゾーンを設ける必要がある。

上記各実施の形態においては、ワークＷの一例としてドアハンドルを塗装する場合について説明したが、ワークＷとしては他にも自動車用ハンドル（ステアリング）、スポイラー、等を始めとして、様々な大きさ、様々な厚さ、様々な形状のものを水性塗料で塗装することができる。

本発明を実施するに際しては、水性塗料の塗膜形成装置のその他の部分の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係等についても、上記各実施の形態に限定されるものではない。

図１は本発明の実施の形態１にかかる水性塗料の塗膜形成装置における水性塗料の塗膜形成方法の手順を示すブロック図である。 図２は本発明の実施の形態１にかかる水性塗料の塗膜形成装置における回転台にセットされたワークを示す斜視図である。 図３は本発明の実施の形態１にかかる水性塗料の塗膜形成装置における水性塗料の塗膜形成方法によって得られた塗膜の密着性試験の方法を示す説明図である。 図４は本発明の実施の形態２にかかる水性塗料の塗膜形成装置における水性塗料の塗膜形成方法の手順を示すブロック図である。

１，２５ 水性塗料の塗膜形成装置
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ 回転台
６Ａａ 支持具
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ エアーノズル
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ 赤外線ヒーター
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. 水性塗料をワークに塗布する工程と、前記水性塗料が塗布された前記ワークを回転させながら赤外線を照射し、かつ、エアーを当て塗着塗料の固形分比率を高める工程とを具備する水性塗料の塗膜形成装置において、
   前記水性塗料を前記ワークに塗布するための水性塗料塗布手段と、
   前記ワークを載置して同一回転数で前記ワークを回転する複数台の回転台と、
   前記回転台の上の前記ワークの各々にエアーを当てる前記ワークに対応して設けたエアーノズルと、
   前記回転台の上の前記ワークに赤外線を照射する赤外線ヒーターと
   を具備することを特徴とする水性塗料の塗膜形成装置。
2. 前記水性塗料をワークに塗布する工程は、回転させるベース塗装台の上に複数の前記ワークを支持固定する支持具を載置し、前記支持具に複数の前記ワークが支持された状態で、前記ベース塗装台を回転させながら前記ワークに塗布が行われ、複数の前記ワークを支持したまま前記支持具を回転台の上に移動させることを特徴とする請求項１に記載の水性塗料の塗膜形成装置。
3. 前記複数台の回転台は、チェーンにより連結され、一つの回転モータにより同一回転数で回転することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水性塗料の塗膜形成装置。

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